Звуковая карта – важная часть персонального компьютера. Без этого устройства нельзя слушать музыку в хорошем качестве и просматривать кинофильмы с несколькими звуковыми дорожками. Любителям компьютерных игр, аудио контроллер обеспечивает полное погружение в виртуальный мир. Аудио карта необходима для подключения микрофонов и музыкальных инструментов. В продаже имеется много контроллеров разного уровня, тем не менее, многие опытные пользователи предпочитают изготовить звуковую карту своими руками.
USB звуковая карта своими руками
Аудио устройства, подключаемые через порт USB, имеют различную конструкцию. Самые простые контроллеры вставляются непосредственно в разъём. Более сложные и многофункциональные устройства подключаются к порту с помощью кабеля. Причин для изготовления аудио системы может быть несколько. Это высокая стоимость промышленных образцов или плохое качество звука, получаемое от интегрированного в материнскую плату, чипсета. Чаще всего стараются изготовить своими руками звуковую карту юсб, чтобы использовать её для ноутбука. В этих устройствах, особенно в старых моделях, используются интегрированные микросхемы низкого уровня, которые работают на встроенный динамик и не могут обеспечить качественного звучания.
Как установить звуковую карту
Кстати, очень многие профессиональные звуковые карты фирмы Сreative устанавливаются в разъём PCI Express x1, который присутствует на многих материнских платах и обычно ничем не занят. Также нужно не забыть, что на некоторых материнских платах, после установки в ваш системный блок дискретной (отдельно ставящейся) звуковой карты, встроенную звуковую карту нужно отключить в БИОС. Впрочем, установить себе дискретную звуковую карту можно не по причине того, что у вас сгорела встроенная звуковушка, может быть вас просто не устраивает качество встроенного аудио решения вашей материнской платы. Давайте для примера установим в наш компьютер звуковую карту интерфейса PCI. На выключенном компьютере, открываем боковую крышку системного блока и внимательно смотрим на нашу материнскую плату, на ней есть два разъёма PCI и два свободных разъёма PCI Express x1, в любой из которых можно установить звуковую карту интерфейса PCI Express x1. Один разъём PCI не доступен, его закрывает система охлаждения видеокарты, значит остаётся другой.
У нас имеется две звуковые карты PCI, первая простая бюджетная C-Media по цене 250 рублей, вторая профессиональная Sound Blaster. Устанавливаются они одинаково просто.
Если вам мешает видеокарта, можете её снять, установить звуковую карту и поставить видеокарту назад.Теперь устанавливаем звуковую карту в PCI разъём и прикрепляем к корпусу крепёжным винтом.
Вид задней стенки системного блока после установки звуковой карты.
Как видим, в моём случае звуковая карта Sound Blaster тоже закрывает половину вентилятора видеокарты, но мой системный блок так работает уже давно, температура видеокарты остаётся нормальной, к звуковой карте тоже претензий нет.
Если вместо Sound Blaster установить бюджетную звуковую карту, кулер видеокарты останется почти не закрытым.
Нужно ли после установки дискретной звуковой карты отключать встроенную в БИОС? Это зависит от материнской платы. Например на стареньких материнках нужно пройти на вкладку Advanced и выставить опцию High Definition Audio Driver в положение Disabled, затем сохранить изменения и выйти и БИОС.
Как сделать звуковую карту своими руками
Для изготовления самодельного USB устройства используются микросхемы РСМ27-РСМ29. Это цифро-аналоговые преобразователи, которые обеспечивают выход на наушники или малогабаритные колонки, высококачественного звукового сопровождения. РСМ2705 представляет собой стереофонический ЦАП с интерфейсом USB. Предназначен для обработки стереофонического сигнала. Контроллер не требует прошивки, но имеется возможность изменения ID производителя или устройства. В цифро-аналоговом преобразователе реализована синхронизация аудио сигнала из синхроимпульсов предаваемой информации по интерфейсу USB. Встроенная фазовая автоподстройка частоты позволяет получить очень малую величину девиации по частоте и фазе. Основные характеристики микросхемы:
- 16-битный ЦАП
- Частота преобразования – 32, 44,1 и 48 кГц
- Выход S/PDIF
- Тактовый генератор 12 МГц
• Пример звуковой карты USB работает на микроконтроллерах ATMega32U4, на тактовой частоте 8 МГц (прим. переводчика: можно также применить частоту тактов 16 МГц). • Интерфейс USB устройства работает в режиме низкого потребления (Low Power Bus Powered Device, ток потребления меньше 100 мА). • Устройство USB Audio работает как внешняя звуковая карта на компьютерах PC под управлением Windows® (версия 98SE или свежее), Linux® или Mac OS®. • Требуется меньше 14 кбайт места под код. • Устройство USB поддерживает динамик (наушники) и микрофон.
Этот документ описывает простой проект аудиоустройства. Он позволяет быстро протестировать аппаратуру USB с помощью микроконтроллера ATMega32U4, причем не требуется установка драйвера (используется драйвер, встроенный в операционную систему). Подразумевается, что читатель знаком с библиотекой USB Software Library for AT90USBxxx Microcontrollers [4] и стандартом USB AUDIO (см. usb.org).
[2. Требования к аппаратуре]
Приложение USB audio требует для себя следующей аппаратуры:
• Оценочная плата AVR USB (ATEVK527 или AVR-USB32U4). • Микроконтроллер AVR USB (AVR с аппаратной поддержкой интерфейса USB). • Кабель USB (с коннекторами Type A и Mini B). • Компьютер PC, работающий под управлением Windows® (98SE, ME, 2000, XP), Linux ® или MAC® OS с поддержкой хоста USB 1.1 или USB 2.0. • Головная микротелефонная гарнитура (наушники).
[3. Как запрограммировать микроконтроллер]
Внутрисхемное программирование (In-System programming, ISP) и обновление с помощью загрузчика Atmel (Device Firmware Upgrade, DFU) может быть выполнено следующими методами:
• Через интерфейс JTAG, используя отладчик JTAGICE mkII. • Через интерфейс SPI, используя программаторы AVRISP mkII [5], AVR Dragon или отладчик JTAGICE mkII. • Через интерфейс USB, благодаря (уже прошитому в память микроконтроллера на заводе) загрузчику (DFU bootloader) и утилиту FLIP. При этом не требуется никакого дополнительного внешнего программатора. • Через интерфейс параллельного программирования с помощью программаторов STK®500 или STK®600.
Пожалуйста обратитесь к руководству пользователя Вашей платы за описанием аппаратуры и методов её программирования.
Примечание: утилита FLIP [6] предоставляется компанией Atmel бесплатно вместе с драйверами USB для загрузчиков. К сожалению, исходный код утилиты и исходный код загрузчиков закрыт. Но протокол DFU опубликован, и существует альтернативный DFU-загрузчик с открытым исходным кодом в библиотеке LUFA.
[4. Быстрый старт]
1. Скачайте пакет программного обеспечения для микроконтроллера [7]. В скачанном архиве имеется готовая прошивка в виде HEX-файла с именем EVK527-series4-audio.a90 или EVK527-series4-audio-2_0_3.a90, запишите её в память микроконтроллера (как это сделать, см. раздел 3).
2. Подключите запрограммированную плату через USB к компьютеру. После процедуры энумерации плата обнаружится как звуковая карта USB Audio Device, после чего её можно использовать для подключения к компьютеру наушников и микрофона:
Рис. 4-1. Обнаруженное устройство USB Audio в Диспетчере Устройств Windows.
На рисунке ниже показана плата ATEVK527 с установленными на ней микрофоном и гнездом для подключения наушников.
Рис. 4-2. Оценочная плата ATEVK527.
Примечание: если Вы использовали макетную плату AVR-USB32U4, то сформированный выходной звуковой сигнал можно посмотреть осциллографом на ножке порта PD7. Сигнал от микрофонного усилителя может быть подключен к входу АЦП через порт PD6.
[5. Обзор приложения]
Приложение USB Audio обслуживает обмен данными между хостом USB (компьютер PC) и аппаратурой PWM (Pulse-Width Modulation, ШИМ, с помощью которой формируется выходной сигнал звука) и аппаратурой ADC (Analog-Digital Converter, АЦП, на который может быть подан внешний звуковой сигнал от микрофона. Усиленный, конечно). Когда звук проигрывается компьютером через звуковую карту USB Audio, устройство USB периодически получает пакеты в конечные точки OUT, и отправляет пакеты с записанным от микрофона звуком через конечные точки IN.
Рис. 5-1. Обмен данными в приложении USB Audio.
Во время процедуры энумерации устройство USB описывает форматы оцифрованных аудиоданных (частота дискретизации, количество бит на выборку), которые может обработать. В этом демонстрационном примере используется формат PCM (Pulse-Code Modulation), выходные данные кодируются как 16-bit mono с частотой дискретизации 32 кГц, и входные данные микрофона используют кодировку 16-bit mono с частотой дискретизации 8 кГц.
[6. Firmware]
Как описано в документе USB Software Library for AT90USBxxx Microcontrollers [4], все проекты USB firmware микроконтроллера основаны на одинаковой архитектуре. Эта секция описывает только те части, которые касаются модуля обработки звука. Изменение некоторых файлов проекта пользователем позволяет ему построить свое собственное аудиоприложение.
Рис. 6-1. Архитектура USB Audio Firmware.
6.1. audio_task.c. Этот файл содержит:
• Инициализацию таймеров. • Обработчики прерываний таймеров. • Подпрограммы для сбора и выдачи аудиоданных.
Выход (на наушники или динамик). Основная задача обработки звука получает данные с аудиовыборками из конечной точки OUT, и помещает их в буфер RAM. Допуск на тактовую частоту не позволяет точно установить частоту дискретизации 32 кГц для выхода, поэтому главный цикл main подстраивает прерывание таймера 1, чтобы избежать потери выборки или переполнения. Прерывание таймера 1 передает данные из RAM в модулятор PWM (высокоскоростной таймер). Таймер 1 отвечает за подстройку потока данных под разрешающую способность PWM и громкость звучания, установленную хостом USB.
Примечание: используются только 9 бит из возможных 10 бит разрешающей способности PWM — чтобы избежать насыщения в операционном усилителе платы.
Вход (микрофон). Прерывание таймера 0 используется для получения выборки оцифрованного звука от ADC каждые 125 мкс (частота дискретизации 8 кГц), и если конечная точка IN была запрошена хостом, это значение будет помещено в эту конечную точку.
Рис. 6-2. Обмен данными в демонстрационном приложении USB Audio.
6.2. evk_527.c. Этот файл содержит все подпрограммы для управления аппаратными ресурсами платы EVK527 (джойстик, светодиоды и т. п.). Пользователю нет нужды изменять этот файл, если он использует плату EVK527. Если используется другая плата, то в проекте должен использоваться вместо evk_527.c другой модуль, в котором будет поддерживаться аппаратура этой другой платы.
6.3. usb_specific_request.c. Этот файл содержит подпрограмму, которая принимает управляющие аудио запросы, например установка уровня звука и отключение звука (Mute).
6.4. usb_descriptor.c. В этом файле задана звуковая топология устройства USB Audio, которая помещается в дескрипторе USB, как это описано в спецификации AUDIO (см. соответствующий стандарт на сайте usb.org). В этом демо выбрана топология, показанная на рисунке.
Рис. 6.3. Топология Audio Function в демонстрационном приложении USB Audio.
[7. ПО хоста (компьютера PC)]
Демонстрационное приложение USB audio не требует какого-либо специального программного обеспечения PC. Работая под управлением операционной системы Windows®, можно использовать стандартное встроенное приложение для записи звука «Sound Recorder» для того, чтобы попробовать записать звук от микрофона.
[8. Ограничения]
Если работает воспроизведение звука с частотой выборок 32 кГц, то запись и воспроизведение не могут происходить одновременно из-за недостаточного быстродействия CPU AVR, который работает на тактовой частоте 8 МГц.
Прим. переводчика: для ускорения работы CPU можно портировать приложение USB Audio на тактовую частоту 16 МГц — такая тактовая частота также допустима для работы интерфейса USB.
[Ссылки]
1. AVR298: USB Audio Demonstration with ATmega32(16)U4 site:atmel.com. 2. LUFA — бесплатная библиотека USB для микроконтроллеров Atmel AVR. 3. Макетная плата AVR-USB32U4. 4. AVR276: USB Software Library for AT90USBxxx Microcontrollers. 5. AVR-USB162MU: макетирование и изготовление программатора AVRISP-MKII в домашних условиях. 6. AVR282: обновление firmware через USB. 7. 141127avr298.zip — исходные файлы проекта, прошивка микроконтроллера ATmega32U4, документация.
Внешняя звуковая карта USB своими руками
ЮСБ звуковую карту своими руками можно реализовать на микросхеме РСМ2705. Конструкция имеет минимальное количество дискретных элементов. В схеме не используется цифровой выход, но его всегда можно задействовать. Он находится на 5 пине микросхемы. При увеличении конденсаторов С14 и С15 улучшается передача низких частот. +5 В с USB преобразуется в напряжение 3,3 В с помощью отдельного стабилизатора и подаётся через дроссель и конденсаторы фильтра.
Как сделать внешнюю звуковую карту своими руками
Более сложная и качественная звуковая карта для ПК изготовленная своими руками реализуется на цифро-аналоговом преобразователе РСМ2902-Е. Для обеспечения качественной работы устройства нужно не использовать питание от USB, а подавать напряжение на VCCCI от внешнего стабилизатора с напряжением 3,3 В. Чтобы снизить искажения, в устройстве использован диод VD1,который повышает напряжение до 3,5 В. Помехи от компьютера снижаются разделением «земли» на цифровую и аналоговую. Для управления громкостью и снижения уровня используются кнопки управления. Для питания аналоговой и цифровой части схемы лучше использовать отдельные стабилизаторы. Светодиод LED2 показывает состояние микросхемы. Когда контроллер работает в нормальном режиме, он не светится. Индикатор LED1 загорается при подключении аудио платы к порту. На качество входного сигнала заметно влияют конденсаторы С3 и С4, поэтому они должны быть плёночными. Выходные аналоговые сигналы снимаются с пассивного LC фильтра. Он обеспечивает частоту среза 28 кГц и очищает сигнал от шумов цифрового квантования.
Многоканальная звуковая карта своими руками
Обеспечить питанием многоканальную звуковую карту изготовленную своими руками, лучше всего с помощью внешних источников. Для этого используются малогабаритные сетевые адаптеры для внешних устройств. Они могут быть любого типа, но должны выдавать 9 В постоянного напряжения. В схеме применяются два адаптера, которые подключаются к стабилизаторам на микросхемах LM317. Они включаются по классической схеме.
Подстроечные резисторы R2 и R4 служат для точной установки напряжения +5 В на выходах стабилизаторов. Конденсаторы С1 и С8 имеют ёмкость 10 мкф Х 25 В. С4,С11 – 100 nf. Остальные конденсаторы – 1000,0 Х 25 В. Система питания собирается на отдельной печатной плате.
Открытие входов звуковой карты
Прошло уже несколько лет с тех пор как первый раз «открыл входа» звуковой карте по статье О.Шмелёва «Компьютерный измерительный комплекс» [1]. Очень удобная и, я бы даже сказал, нужная вещь при настройке и проверке всевозможных звуковых трактов с помощью программ типа SpectraLab или SpectraPLUS. Постоянные уровни посмотреть, АЧХ проверить, да и просто записать временной файл в память для последующего сравнения или внимательного просматривания сигналов – очень даже часто приходится делать… Но каждый раз, как пользуюсь этой звуковой картой, думаю, что надо было вынести входной разъём на переднюю панель системника, поставить переключатели «входной делитель на 10» (или даже на 100) и «открытый/закрытый вход». То есть, приблизиться к привычным удобствам осциллографа.
И тут случайно попалась в руки старая PCI-ная звуковая карточка VIA TREMOR. Ну, всё, думаю, теперь точно входной блок сделаю. Размещу все дополнительные детали в корпусе от старого CD-привода, поставлю на его рожице переключатели и соединю всё это со звуковой картой куском сигнального кабеля от монитора – в нём много проводников, он экранированный, а некоторые проводники даже дважды – всё должно получиться…
Начал курочить привод…
Да, сначала, наверное, надо объяснить, зачем что-то переделывать в звуковой карте, когда кажется, что чего же там сложного – убери конденсаторы по входу, и получишь «открытый вход». Но дело в том, что на входных ножках кодека присутствует постоянное напряжение (около 2,5 вольт), нужное ему для работы. Если оно равно внутреннему образцовому потенциалу, относительно которого аналого-цифровой преобразователь отслеживает изменения входного сигнала, то горизонтальная линия, рисуемая осциллографом программы, будет идти по нулевой отметке шкалы. Если уменьшить это напряжение, допустим, на 1 В, то и горизонтальная линия осциллографа уплывёт вниз на 1 В. И получается, что если просто убрать конденсатор из входной цепи, то подключаемый источник сигнала, в случае отсутствия у него на выходе конденсатора, будет просаживать это постоянное напряжение. Поэтому и приходится добавлять дополнительные цепи чтоб «обойти» это препятствие. Задача, в общем, несложная и решается на уровне начального изучения схемотехники с применением операционных усилителей (рис.1) [2]. Если нижний по схеме вывод резистора R2 будет заземлён, то при подаче на вход ОУ сигнала уровнем 0,25 В, на выходе получаем уровень, равный 0,25*(1+(R3/R2). Если же при одинаковых сопротивлениях резисторов R2 и R3 на нижний вывод резистора R2 подать постоянное отрицательное напряжение 2,5 В, то на выходе ОУ получим постоянное положительное напряжение 2,5 В. Если номинал резистора R1 не превышает 100 кОм, то при применении в данной схеме операционных усилителей общего назначения с достаточно большим входным сопротивлением, можно сказать, что входное сопротивление каскада равно сопротивлению резистора R1.
Рис.1
Конечная схема входного блока получилась небольшая. Половину места на плате занимают стабилизатор питания и фильтры. Без них здесь не обойтись – ключевые преобразователи питания компьютера и процессора создают большой электромагнитный «фон», который наводится на любой находящийся в корпусе системника проводник, будь он питающий или сигнальный.
Но, начнём по порядку.
Итак, начал курочить привод. Отпилил лишнюю пластмассу – места свободного много… Прикинул, что и как будет крепиться… По схеме (рис.2) сигналы со входного разъёма J поступают на переключатели S1 и S2, коммутирующие открывание или закрывание входов. При размыкании переключателей нижняя частота среза по уровню -3 dB становится около 1,2 Гц если не включены делители на 10 (S3 и S4) и около 3 Гц при включении этих делителей. Все переключатели раздельные, т.е. не спаренные — это позволяет выбирать разные режимы в разных каналах. От того, включены или нет делители на 10, зависит входное сопротивление блока. При их разомкнутом состоянии Rвходное примерно равно 86 кОм (R1+R3+R7 или R2+R4+R8), а при замкнутом – 37 кОм (R1+R3+R5 или R2+R4+R6). Конечно, можно эту часть схемы выполнить и по-другому, например, как показано на рисунке 3 — чтобы при включении делителя на 10 входное сопротивление увеличивалось так же в 10 раз (примерно) — до 870 кОм. Но при этом надо учитывать изменение частоты среза фильтра НЧ, образованного резисторами R1R5 и суммарной ёмкостью, состоящей из ёмкости ограничительных диодов, входной ёмкости операционного усилителя и ёмкости монтажа . Здесь важно не столько то, что частоты начинают «заваливаться», сколько то, что сдвиг фазы сигнала начинается уже с 3-5 кГц, а это уже бывает критично при некоторых фазных измерениях. При расчёте этих цепей удобно пользоваться программой RFSim99 (файл для расчёта прилагается во вложении к статье).
Рис.2
Рис.3
Вернёмся к схеме на рисунке 2. Диоды VD1…VD12 защищают ОУ от больших входных сигналов, ограничивая их по амплитуде до уровня 1,7-2,2 вольта. В зависимости от того, с какой чувствительностью по входу применяется звуковая карта, может понадобиться установка цепочек из меньшего количества последовательных диодов.
Как видно по схеме, резисторы, обеспечивающие вышеуказанные входные сопротивления блока, являются так же делителями входного сигнала даже без включения S3 и S4. Это сделано специально для компенсации усиления, вызванного неодинаковостью сопротивлений резисторов в обратной связи операционных усилителей (R2 и R3 по нумерации рисунка 1). Происходит это из-за того, что R2 в реальной схеме по рисунку 2 состоит из нескольких – R9,R11,R12,R16 и R19, выполняющих функцию образования на выходе блока напряжения +2,5 В и позволяющих менять его уровень в пределах от 2,4 до 2,6 В. Это необходимо для коррекции дрейфа выходного напряжения +2,5 В, появляющегося с прогревом элементов как во входном блоке, так и в кодеке звуковой карты. Так же, при работе в программе SpectraPLUS иногда возникает потребность сместить один из графиков по вертикали, что можно сделать, крутанув один из движков резисторов R11 и R14, установленных на передней панели блока. На выходах ОУ стоят делители R21R23 и R22R24, ослабляющие сигнал примерно на 3,5 dB. Сделано это для того, чтобы ослабить шумы, возникающие в ОУ. Этого можно и не делать и убрать R21 и R22, но тогда надо увеличить сопротивления резисторов R19 и R20 примерно до 6,8 кОм для того, чтобы на выходе блока постоянное напряжение было +2,5 В. Резисторы R23 и R24 установлены не на плате входного блока, а в звуковой карте на входе кодека. Это позволяет ослабить наводки на сигнальные проводники соединительного кабеля.
Стабилизатор -5 В — стандартная микросхема 7905. Можно поставить и слаботочную 79L05. Фильтрация напряжений 12 В выполнена на LRC элементах. Все электролитические конденсаторы желательно применить с ёмкостью более 1000 мкФ, а дроссели с индуктивностью более 47 мкГн, но в разумных пределах – иначе, при большой индуктивности, импульсные помехи будут проходить через дроссель по межвитковой ёмкости.
Все детали, кроме входного разъёма J, переключателей S1…S4, конденсаторов С1 и С2 и резисторов R11, R13 установлены на фольгированной односторонней печатной плате размером 110х60 мм (рис.4) (файл платы в формате программы Sprint-Layout 5.0 находится во вложении к статье). Монтаж платы – поверхностный, никаких отверстий сверлить не надо, даже для выводных деталей. Все диоды – КД522 (или КД521) с почти полностью откушенными выводами. Резисторы R1, R2, R5 и R6 – МЛТ, одним выводом припаяны к печатной дорожке, а к другому припаяны провода, идущие от переключателя. Все остальные резисторы и все керамические конденсаторы – smd 0805. Все электролитические конденсаторы лежат на плате и приклеены к ней термоклеем. Дроссели в фильтрах можно применить как отечественные выводные, так и импортные. Операционные усилители — КР140УД608, можно заменить на любые другие общего назначения, главное, чтоб они имели входное сопротивление более 300-400 кОм.
Рис.4
Настраивать собранную плату с подпаянными переменными резисторами можно на столе, впаяв резисторы R23 и R24 и подав на плату двуполярное напряжение от лабораторного источника питания. Убедившись в наличии питания на выводах ОУ и -5 В, надо настроить резисторами R12R14 уровень +2,5 В в точках соединений выходных делителей R21R23 и R22R24. Если что-то не так, подобрать сопротивления R19 и R20. Затем нужно проверит входные цепи, подавая на вход переменные и постоянные напряжения и контролируя их на выходе ОУ. При желании иметь другой коэффициент деления нужно подобрать сопротивления резисторов R5 и R6.
Переключатели S1…S4 марки МТ1 можно заменить на П1Т-1-1. Закреплены они на металлической пластине подходящего размера (рис.5). Пластина коротким проводником соединяется с корпусом CD привода. Конденсаторы С1 и С2 – К73-17 ёмкостью 1,5 мкФ на напряжение 160 В, припаяны прямо к выводам S1 и S2. Входное гнездо используется родное CD привода (3,5 мм). Резисторы R11 и R14 взяты с плат старых мониторов. Впаяны в небольшую платку, которая вставляется в предварительно пропиленные пазы в передней части пластмассового каркаса привода (рис.6).
Рис.5
Рис.6
Под размер пластикового каркаса была выпилена монтажная плата из фольгированного текстолита (рис.7). Чтобы она встала по месту, в ней пропилены пазы и просверлены отверстия. Можно, конечно, сделать плату и не из текстолита, но для того чтобы она нормально крепилась, её толщина должна быть около 1,5 мм.
Рис.7
Плата входного блока установлена на монтажной на латунных стойках от материнских плат (рис.8). Под шляпку крепёжных винтов подложены гетинаксовые шайбы, чтобы «земля» платы гальванически не соединилась с корпусом привода, а через него с корпусом системника. Если этого не делать, то через соединительный кабель получится «земляная петля», на которую будут наводиться помехи от электромагнитных импульсов преобразователей.
Рис.8
Схема коммутации входного блока со звуковой картой показана на рисунке 9. Соединение «земель» обоих устройств происходит только по одному проводу – светло-коричневому.
Рис.9
На рисунках 10, 11 и 12 показан общий вид и питающий разъём, установленный на задней стенке пластикового каркаса. Разъём взят со старой видеокарты – выпилен прямо с куском печатной платы. Все «земельные» проводники, соединяющие некоторые ножки разъёма между собой, перерезаны. Это сделано всё по той же причине – «земли» должны соединяться в одном месте на звуковой карте. Показанная печатная плата немного отличается от приведенной выше в тексте — на фото вариант с питанием ОУ напряжениями +/-5В и некоторые отличия в дополнительных SMD компонентах, но это не принципиально.
Рис.10
Рис.11
Рис.12
Как я уже говорил, звуковая карта использовалась старая — VIA TREMOR с кодеком VТ1617A. Её чувствительность около 1 V(rms) – дальше она начинает сильно перегружаться. Карта оказалась очень шумливой в используемом компьютере (рис.13) и потребовала небольшой доработки, связанной с фильтрацией питания.
Рис.13
Сначала перерезал дорожки питания микросхем VT1723 и VT1617 (красные метки соответственно слева и справа по рисунку 14):
Рис.14
Затем навесным монтажом, прямо на плате, распаял CLC фильтр для VT1723 и стабилизатор для VT1617 (рис.15, рис.16 и рис.17). Слева на рисунке 15 буква «А» и следующие за ней цифры – это указаны номера контактов шины PCI со стороны «А».
Рис.15
Рис.16
Рис.17
На рисунке 17 виден проводник, идущий от левой ножки резистора МЛТ ко 2 контакту шины PCI. Это подключение к +12 В. Тонкий провод МГТФ аккуратненько подпаивается к самому краю контактной дорожки. Если получится большая капля припоя – то она может мешать устанавливать карту, упираясь в пластиковый корпус разъёма. На рисунке 18 более подробно показано место припайки провода к контакту -12 В.
Рис.18
Если, вдруг, у карты на шине не окажется контактов +/- 12 В, то их можно сделать, вырезав из медной фольги и приклеив клеем БФ. Так пришлось делать на карте C-MEDIA по питанию -12 В. Прошло уже более трёх лет, сейчас она стоит уже в третьем компьютере и выдержала за это время несколько десятков «передёргиваний».
На рисунке 19 общее фото доработанной карты VIA TREMOR. Виден закреплённый двумя винтами кусок текстолита, к которому жестко закреплён кабель. Обе поверхности этой крепёжной платы заземлены, а на одной из них вырезаны площадки, к которым подпаиваются провода. Входные конденсаторы по линейному входу выпаяны, а к пятачкам дорожек, что идут в кодек, припаяны провода МГТФ, идущие к сигнальным (красному и зелёному) проводам кабеля. Все оплётки, экраны и свободные проводники кабеля припаяны к «земле» на крепёжной плате.
Рис.19
После всех этих экзекуций и установки дополнительных электролитических конденсаторов по питанию в разных местах звуковой платы, шумы стали меньше (рис.20), но, к сожалению, всё равно осталась помеха частотой 46,88 Гц и её нечётные гармоники. Они, конечно, уменьшились почти в два раза, но это не тот результат, который хотелось бы получить.
Рис.20
Чем образована эта помеха, пока не разобрался. Но, учитывая, что её уровень менее 100 мкВ (rms), а на частотах выше 1 кГц её гармоники ниже 110 dB, то вполне можно не принимать её во внимание, особенно в режиме осциллографа. Конечно, не удержался и посмотрел, что она из себя представляет. На рисунке 21 видно, что помеха носит цифровой характер, возникает синхронно в обоих каналах и имеет примерно одинаковый уровень – скорее всего, наводится от преобразователя питания процессора. Помогла установка резисторов R23R24 3,9 кОм от входов кодека на землю (при работе вместе со входным блоком). Уровень основной частоты упал до -90 dB, а гармоники выше 5-той ослабились почти до уровня шума. Подпайка дополнительных электролитических конденсаторов по питанию в звуковой карте и керамических по питанию процессора и в блоке питания ощутимых результатов не принесла. Экранировка карты мягкой жестью и «отвязка» от корпуса компьютера тоже не увенчались успехом.
Рис.21
На графике заметно плавное увеличение потенциала в положительную сторону. На самом деле это смещение связанно с нестабильностью питания ОУ и оно не плавное, а хаотичное и находится в диапазоне частот от 0 до 10 Гц. Но уровень этих низкочастотных флуктуаций достаточно мал – не более 1-2 мВ, и при желании, легко лечится установкой стабилизаторов напряжения питания ОУ (такой вариант печатной платы тоже есть во вложении).
На рисунке 22 помеха с предыдущего рисунка, но увеличенная по времени:
Рис.22
При использовании совместно с входным блоком другой звуковой карты (на кодеке CMI8738) эта помеха отсутствует. Возможно, что у карты VIA некорректно разведена «земля» — уж очень там всё примитивно…
Теперь про установки параметров в программе SpectraPLUS и её калибровке. Говорят, что в сети есть описание, как это надо делать правильно, но мне с ним «пересечься» не удалось, поэтому пришлось вспоминать метрологию. И насколько вспомнил, для того чтобы пользоваться устройством как измерительным прибором, надо привязать шкалы программы к реально присутствующим уровням сигналов на входе (здесь рассматриваем звуковую карту и входной блок уже как единое целое).
Образцовый синусоидальный сигнал частотой 1 кГц взял с генератора низкой частоты Г3-118. Уровень контролировал вольтметром прибора ВР-11А и осциллографом. Схема соединений показана на рисунке 23.
Рис.23
Сначала в меню общей громкости программы Windows находим нужную звуковую карту и в настройках выбираем её для работы на вход и ставим галочку только напротив строки «Лин. вход». Движок-регулятор, отвечающий за чувствительность, выставляем пока в среднее положение.
Теперь в программе SpectraPLUS нужно сделать основные установки. Выбираем нужную звуковую карту в меню Device Selection в окне Input Device (путь Option – Device…). Подтверждаем. Потом выбираем режим Real Time в пункте Mode, режим Spectrum в пункте View, затем в меню Processing Settings (путь Option – Settings…), выставляем установки, как на рисунке 24. Здесь главное, что мы сделали – это выбрали частоту дискретизации звуковой карты (48000), размер FFT, от которого зависит число доступных спектральных линий, выбрали 16-ти битную разрядность и отображение на экране двух каналов сразу — Stereo. Подтверждаем.
Рис.24
Далее идём в меню Amplitude Calibration (путь Option — Calibration…), выбираем установки, как на рисунке 25, но в окнах Detected levels (Percent full scale) в левом и правом каналах выставляем числа «60» — их потом, скорее всего, придётся корректировать. Здесь мы выставили значения шкалы Y (rms), поправочный коэффициент для подгонки входного образцового уровня к значению 0 dBVrms и включили учет этого коэффициента. Подтверждаем.
Рис.25
Затем, на чистом поле шкалы анализатора спектра щёлкаем правой кнопкой мышки и заходим в свойства экранов анализатора, выбрав «Properties». Делаем установки по рисунку 26. Здесь в отделе Plot Options в окне Plot Top выставляется максимальное значение шкалы Y (0 dBVrms), а ниже, в окне Plot Range – её ранжирование, т.е. на сколько будет отличаться её нижнее значение от верхнего (в данном случае, на 130 dB). В отделе Frequency Span в окне Start (Hz) выбирается нижняя отображаемая граница сетки частот (шкала X), а в окне Stop (Hz) – верхняя. Подтверждаем.
Рис.26
После всех этих установок, включив генератор НЧ и выставив на резисторе (по рисунку 23) уровень 1 В, можно запустить анализатор спектра и посмотреть, насколько отличается измеренное значение от реального. Если никаких сигналов на экране нет, то это означает, что или карта не выбрана, или не тот вход выбран. Если на экране виден сигнал на нужной частоте, то нужно ещё раз сходить в Windows-киё настройки громкости и поставить там движок чувствительности входа в минимальное положение, при котором сигнал ещё проходит (у меня это совсем «в ноль»).
Для удобства контроля и более точной установки лучше вывести на экран окно утилиты, измеряющую пиковую амплитуду (путь Utilites — Peak Amplitude) и заходя в меню Amplitude Calibration (путь Option — Calibration…), подкорректировать значения в окнах Detected levels (Percent full scale) обоих каналов так, чтобы утилита показывала значение, близкое к 0 dBVrms (рис.27). Также надо вывести ещё окно утилиты, измеряющей нелинейные искажения (путь Utilites — Total Harmonic Distortion (THD)), и меняя выходной уровень с генератора НЧ, посмотреть в какой момент начинают появляться сильные искажения.
Рис.27
Проверить, что калибровка прошла успешно можно, ослабив уровень входного сигнала на известное значение – например, у Г13-118 есть дискретный аттенюатор и при ослаблении им сигнала на 50 dB, видим, что анализатор тоже показал значение -50 dBVrms (рис 28).
Рис.28
Теперь надо бы посмотреть, при каком уровне входного сигнала карта показывает минимальные искажения (рис.29) и проводить контроль и измерение аппаратуры на уровнях, близких этому значению. Например, для карты VIA TREMOR это значения от -16 до -30dB, для карты C-MEDIA на кодеке 8738 – от -16 до -40dB. При этих уровнях сигналов коэффициент искажений не превышает или находится около 0,01%.
Рис.29
Проверка соответствия уровней сигналов в режиме осциллографа на рисунке 30. Видно, что амплитуда синусоиды около 1,41 В, что соответствует показаниям в 1 В мультиметром ВР-11А.
Рис.30
Теперь проверяем работу с постоянными напряжениями — схема по рисунку 31. С двуполярного блока питания разнополярные напряжения подаются на переменный резистор, с движка которого выставляемое напряжение уходит во входной блок. Контроль производится всё тем же мультиметром ВР-11А. В принципе, вышеописанную калибровку и выставление поправочных коэффициентов можно проводить и при контроле постоянного напряжения в режиме осциллографа и использовать для этого и для настройки платы всего один прибор — тестер.
Рис.31
Пример изменений постоянного уровня показан на
рисунке 32. Начальное состояние — один вольт отрицательный, затем подаются полвольта отрицательные, потом ноль, полвольта положительные, один вольт и полтора вольта. При потенциале более 1,5 В начинают работать входные ограничительные диоды. Так при подаче 1,8 В программа показывает уровень 1,6 В. Это, конечно, всего 12% погрешности, но дальше она ещё больше возрастает, а при измерениях до 1,5 В не превышает 2-3%.
Рис.32
Общий вид входного блока на рисунке 33.
Рис.33
Окончательную проверку работоспособности звуковой карты с открытым входом провёл, контролируя изменения сетевого напряжения 220 В. Была собрана простая схема (рис.34) и подключена к одному из входов. Другой вход никуда не подключался, а использовался как контроль дрейфа нулевого значения шкалы.
Рис.34
В итоге за 30 минут записи получились графики, показанные на
рисунке 35. Верхний — изменения в сети, нижний – контроль дрейфа нулевого значения шкалы. Видно, что шкалы никуда не плавают, по крайней мере, на таких градациях визуально не заметно. Всплески на графиках – это помехи от включения/выключения освещения, паяльника и прочей электроники – провода до исследуемого выпрямителя были длинными и неэкранированными.
Рис.35
Некоторые соображения о конструкции, пока не воплотившиеся в жизнь.
На используемой родной платке CD-шника кроме стерео разъёма присутствуют ещё детали, относящиеся к его выходной звуковой части, т.е. микросхема операционных усилителей, сдвоенный резистор регулировки громкости (2х18 кОм) и другая мелочёвка. Думается, что этот резистор можно использовать. Например, поставить его во входной цепи одного из каналов, тем самым получив небольшую, но плавную регулировку чувствительности (рис.36). В такой схемотехнике получается максимальное дополнительное ослабление на 3 dB при отключенном делителе на 10, и на 6 dB при включенном делителе.
Рис.36
Если использовать переключатели S1…S4 сдвоенного типа (на каждый канал), то второй парой контактов можно коммутировать питание светодиодов, индицирующих состояния переключателей.
Возможно, следует на переднюю панель поставить и выходной звуковой разъём – всё-таки, при работе программой SpectraPLUS часто используются и выходные сигналы.
Хорошо бы сделать стабилизированное питание +/-9 В для ОУ. Это уменьшает влияние изменений +/-12 В и, соответственно, шумы входного блока на частотах ниже 10 Гц. Пробовал питать напряжениями с пятивольтовых стабилизаторов, но очень сильно повышаются шумы микросхем на средних частотах.
Скорее всего, при применении современных ОУ параметры входного блока можно улучшить.
В конце хочу напомнить, что корпус компьютера при подобных измерениях должен быть заземлённым. В противном случае при подключении входного блока к заземлённому устройству возможен выход из строя как ОУ блока, так и микросхем звуковой карты.
Во вложении – две схемы в формате программы Splan7, два варианта печатной платы для Sprint-Layout 5.0 (для ЛУТ – зеркалить!) и файл для перерасчёта сопротивления входного делителя для программы RFSim99.
Литература, ссылки: 1. Шмелёв О. «Компьютерный измерительный комплекс». Журнал «Радио» №6, 2007 год, стр. 27. 2. Титце У., Шенк К. «Полупроводниковая схемотехника». Москва, изд. «Мир», 1982 год.
Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, весна 2014.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
| Рисунок 2 | ||||||
| OP1, OP2 | Операционный усилитель | КР140УД608 | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| VR1 | Линейный регулятор | LM79L05 | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| VD1-VD12 | Диод | КД522А | 12 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| R1, R2 | Резистор | 33 кОм | 2 | МЛТ-0,25 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| R3, R4, R21, R22 | Резистор SMD 0805 | 2.2 кОм | 4 | R3, R4 подбирать (см. текст) | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| R5, R6 | Резистор МЛТ-0,25 | 2 кОм | 2 | Номинал подбирать (см. текст) | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| R7, R8 | Резистор SMD 0805 | 51 кОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| R9, R10, R15, R17 | Резистор SMD 0805 | 15 кОм | 4 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| R16, R18 | Резистор МЛТ-0,25 | 2.7 кОм | 2 | Номинал подбирать (см. текст) | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| R19, R20 | Резистор МЛТ-0,25 | 1.8 кОм | 2 | Номинал подбирать (см. текст) | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| R23, R24 | Резистор SMD 0805 | 3.9 кОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| R25, R26 | Резистор SMD 0805 | 330 Ом | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| С1, С2 | Конденсатор С1-73 | 1.5 мкФ 160 В | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| R11, R13 | Переменный резистор | 10 кОм | 2 | см. текст | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| R12, R14 | Подстроечный резистор SMD | PVZ3A 50 кОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| С3, С4, С6, С7, С12-С19 | Конденсатор SMD 0805 | 100 нФ | 18 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| С5, С8 | Конденсатор электролитический | 1000мкФ 16В | 2 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| С9, С10, С11 | Конденсатор электролитический | 470мкФ 16В | 3 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| S1-S4 | Переключатель | П1Т-1-1 | 4 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| L1-L4 | Катушка индуктивности | 68 мкГн | 4 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| Добавить все | ||||||
Прикрепленные файлы:
- Sound Card Input Unit.rar (35 Кб)
Теги:
- Sprint-Layout
Из чего можно сделать звуковую карту
Как сделать звуковую карту внешней. После завершения монтажных работ нужно проверить работоспособность аудио платы. Сначала проверяется напряжение питания на ЦАП. Далее устройство подключается к компьютеру. В ОС Windows имеются все драйверы, которые будут установлены после подключения карты к порту USB. Звуковой контроллер PCM2902 определяется, как USB Audio codec. Далее в Диспетчере устройств, в строке «Звуковые, видео и игровые устройства» находим USB Audio codec. Осталось выполнить несколько простых настроек.
В Панели управления открывается пункт «Звук» и там, на вкладке «Воспроизведение», USB Audio codec устанавливается устройством по умолчанию. Далее в меню «Свойства», на вкладке «Дополнительно» выставляется формат: 16 бит 48000 Гц (Диск DVD). Далее в пункте «Звук» нужно открыть вкладку запись и выбрать микрофон USB Audio codec по умолчанию. Затем нужно открыть «Свойства» и вкладку «Прослушать». Там должны быть установлены указанные параметры.
Поле этого, во вкладке «Дополнительно» устанавливается следующий формат: 2 канал, 16 бит, 48000 Гц (Диск DVD). На этом настройка цифро-аналогового адаптера, сделанного своими руками, заканчивается. К аналоговому выходу подключаются наушники или вход НЧ усилителя. Используя технические принципы, аудио плату USB можно сделать на базе любого цифро-аналогового преобразователя.
Настройка микрофона на звуковой карте
Прежде чем настраивать микрофон его нужно подключить, иначе устройство отображаться не будет. Для этого микрофонный штекер вставляется в гнездо розового цвета на звуковом контроллере. Затем нужно открыть «Диспетчер звука Realtek HD». Это можно сделать через панель управления, открыв строку с соответствующим значком, или нажать на символ цветного динамика в панели уведомлений.
Далее в основном окне нужно ползунковыми регуляторами выставить усиление микрофона и уровень записи. Усиление не стоит делать свыше +20.0 dB, так как могут возникнуть искажения. Желательно включить систему шумоподавления, поставив галочки напротив «Подавление шума» и «Подавление эхо». Можно сделать пробную запись и по результатам прослушивания подкорректировать усиление и уровень. Настройка внешней звуковой карты возможна только при подключённых устройствах и установленных драйверах.
